12
Gambar 4. Bagan alir desain rangka penebar pupuk
3.3.1. Identifikasi masalah
Pada tahap ini dikumpulkan berbagai informasi yang dibutuhkan dalam perancangan. Data lapangan yang dikumpulkan berupa:
a. Karakteristik budidaya padi di lokasi menyangkut metode pengolahan tanah,
penanaman, pemupukan. Jenis dan karakteristik teknik dari tanah, benih padi dan pupuk yang digunakan.
b. Ketersedian sumber tenaga penggerak kualitas dan kuantitas, karakteristik teknik dan
kemampuan transplanter Yanmar RR55, serta kapasitas menumpu beban tarik dari transplanter Yanmar RR55.
c. Posisi dan karakteristik sistem penggandengan pada transplanter Yanmar RR55.
3.3.2. Perumusan dan Penyempurnaan Ide
Pada tahap ini dilakukan analisis permasalahan yang ada kemudian mengumpulkan ide-ide pemecahan masalah dengan mempertimbangkan berbagai aspek seperti kondisi
lapangan, sifat fisik dan mekanik tanah, karakteristik dari tanaman padi, bahan pupuk yang digunakan, karakteristik teknik dan kemampuan transplanter Yanmar RR55. Setelah
dilakukan perumusan, pada tahap ini dihasilkan beberapa konsep rancangan fungsional maupun struktural dari rangka pemupuk yang potensial untuk dikembangkan dilengkapi
13
dengan gambar sketsa, prasyarat dan sistem yang mendukung efektifitas operasional alat di lapangan. Konsep yang akan digunakan merupakan inovasi dari penelitian yang telah
dilakukan oleh Tim TMBP selama ini. Konsep-konsep perancangan yang diajukan merupakan alternatif dari beberapa
bentuk rangka untuk menahan hopper pupuk dan menggandengkannya ke sistem penggandeng transplanter.
3.3.3. Desain Fungsional
Fungsi utama dari unit yang dirancang adalah menggandeng unit pemupuk dengan transplanter yang telah dicopot unit penanamnya. Adapun penguraian fungsi utama menjadi
sub-sub fungsi disajikan pada Gambar 5.
Gambar 5. Skema fungsi rangka unit penebar pupuk Komponen yang digunakan pada rangka unit penebar pupuk dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4. Tabel fungsi dari rangka unit penebar pupuk
No. Fungsi Sub Fungsi
Komponen 1.
Fungsi tempat dudukan hopper pupuk
Menahan beban hopper yang diisi pupuk Baja siku Dudukan hopper
Baja plat
2. Fungsi menggandeng rangka ke
transplanter Menyambungkan rangka dengan three
point hitch Baja poros
Menyambung titik gandeng rangka dengan transplanter
Three point hitch
Mengatur ketinggian Baja poros,
hidrolik
3.
Fungsi membawa pupuk Menempatkan pupuk
hopper Menyalurkan pupuk ke metering device
3.3.4. Desain Struktural
Desain mesin pemupuk variable rate untuk budidaya padi secara struktural dilakukan dengan memodifikasi implemen transplanter dengan mencopot bagian tersebut
14
dan menggantinya dengan unit pemupuk. Modifikasi implemen dan desain struktural dari rangka utama pemupuk seperti dijelaskan berikut ini.
Hopper. Wadah pupuk ini terbuat dari bahan akrilik dengan tebal 5 mm, akrilik
merupakan bahan yang kuat dan tahan karat. Desain hopper berdasarkan sudut curah pupuk yang akan digunakan agar pupuk dapat meluncur dengan baik. Pupuk yang akan digunakan
yaitu urea, TSP, dan KCl dengan sudut curah 31
o
– 35
o
sehingga sudut kemiringan hopper dirancang sekitar 45
o
Gambar 6. Dimensi dan ukuran hopper Azis 2011
Rangka alat . Rangka utama pemupuk dipasang di bagian belakang transplanter
Yanmar RR55 dengan mencopot inplemen transplanter dan menggantinya dengan unit pemupuk. Pada bagian ujung depan rangka utama dihubungkan pada titik gandeng. Skema
penempatan unit di transplanter disajikan pada gambar 7.
Gambar 7. Skema penempatan unit pada transplanter Rangka utama direncanakan dibuat menggunakan besi siku dengan ukuran yang
mampu menahan beban dari hopper pupuk dan isinya dihitung. Rangka utama diharapkan mampu menopang seluruh beban unit pemupuk hopper beserta isinya. Pada bagian rangka
yang menopang hopper dibuat mekanisme untuk mengatur letak hopper. Desain awal rangka unit penebar pupuk disajikan pada Gambar 8.
15
Gambar 9. Rangka unit penebar pupuk Tiga titik gandeng terdiri dari lower link dan top link. Lower link dihubungkan ke
hidrolik transplanter untuk digunakan mengatur ketinggian implemen. Dimensi yang digunakan akan ditentukan dengan merancang berdasarkan posisi dan karakteristik dari
sistem penggandengan pada transplanter Yanmar RR55. Analisis yang dilakukan adalah penentuan posisi dan berat maksimum transplanter Yanmar RR55.
Penentuan posisi dan berat maksimum transplanter Yanmar RR55 dilakukan dengan mengukur gaya vertikal ke bawah yang dihasilkan oleh roda depan Yanmar RR55 dan gaya
vertikal ke bawah yang dihasilkan oleh roda belakang Yanmar RR55. Dengan mengetahui kedua gaya tersebut, dapat ditentukan centroid atau titik berat dari Yanmar RR55. Skema
penentuan titik berat Yanmar RR55 disajikan pada Gambar 9.
Gambar 10. Skema penentuan titik berat Yanmar RR55 1.1
Di mana: Lr = jarak titik berat transplanter ke titik pusat roda belakang
Lp = jarak titik berat transplanter ke titik pusat roda depan Ff = Gaya vertikal roda depan
Fr = Gaya vertikal di roda belakang Setelah ditentukan titik berat dari transplanter Yanmar RR55 dapat ditentukan
panjang lengan titik gandeng L2 dan beban maksimum W yang dapat ditumpu oleh
16
transplanter melalui analisis keseimbangan momen di titik tumpu roda belakang. Skema penentuan bobot maksimum dapat dilihat pada Gambar 10.
Gambar 10. Skema penentuan bobot maksimum 1.2
Di mana: Lr = jarak titik berat transplanter ke titik gandeng
Lp = panjang lengan titik gandeng Wp = beban implement
Wt = bobot transplanter Rangka utama dibuat dengan ukuran 30 x 125 cm untuk memegang 4 unit variable
rate granular fertilizer applicator dengan ukuran 30 cm x 30 cm dengan sela setiap dua unit
hopper sebesar 3 cm. Rangka bagian bawah yang digunakan untuk menahan beban variable rate granular fertilizer applicator terbuat dari besi siku, dan pada bagian tengah rangka,
ditarik dengan kawat baja untuk membagi dua beban, sehingga momen yang muncul akibat beban dapat diperkecil.
Gambar 11. Rangka wadah hopper Bahan yang digunakan untuk rangka bawah yang menopang beban adalah baja karbon
berbentuk siku, untuk menghitung momen yang terjadi digunakan persamaan :
17
2.1 Di mana :
a
= nilai kekuatan lentur bahan yang diperbolehkan kgfmm
2
M = Momen yang terjadi pada tangkai kgf mm c = Titik tengah bahan mm
l
m
= Inersia bahan mm
4
Bentuk momen yang terjadi pada rangka dapat digambarkan sebagai berikut,
Gambar 12. Momen rangka bawah Sehingga ;
M = F
1
L
1
+F
2
L
2
2.2 Setiap unit variable rate granular fertilizer applicator mampu menampung hingga 30
kgf ditambah dengan beban dari hopper 5 kgf, sehingga total F
1
= 35 kgf, dan F
2
= F
1
, L
1
= 450 mm dan L
2
= 150 mm. dengan menggunakan persamaan 2.2, diperoleh M = 21000 kgf mm.
Diasumsikan bagian dari rangka penebar pupuk yang paling kritis menumpu beban hopper adalah bagian depan dari dudukan hopper yang diberi tanda lingkaran merah pada
Gambar 13.
18
Gambar 13. Skema momen rangka bawah Bahan yang digunakan adalah baja karbon berbentuk siku sama kaki, sehingga dapat
digambarkan sebagai berikut.
Gambar 14. Penampang baja siku Sehingga :
3.1
3.2 3.3
3.4 3.5
3.6
19
Di mana : a
= dimensi sisi kaki baja siku terluar yang sejajar sumbu geometris X mm b = dimensi sisi kaki baja siku terluar yang sejajar sumbu geometris Y mm
t = tebal baja siku mm Xs
= jarak dari sisi kaki terluar baja siku sisi kaki yang sumbu geometris X ke pusat berat penampang besi siku mm
Ys = jarak dari sisi kaki terluar baja siku sisi kaki yang sumbu geometris Y ke pusat
berat penampang besi siku mm Baja siku yang digunakan adalah baja siku sama kaki, sehingga dapat diasumsikan a =
b = L. Baja siku yang digunakan diasumsikan memiliki profil ketebalan t = 340L. Apabila ukuran L dari baja siku yang digunakan adalah 40 mm, maka dengan menggunakan persamaan
diatas dapat dihitung momen inertia maksimum untuk bahan tersebut adalah 0.09 x 10
6
mm
4
. Momen inersia tersebut dimasukkan ke dalam persamaan 2.1 dan diperoleh
= 2.613 kgfmm
2
. Momen tersebut lebih kecil dari kekuatan lentur yang diizinkan untuk baja karbon S30C sebesar 48 kgfmm
2
, sehingga baja siku dengan ukuran L = 40 mm dipilih untuk rangka unit penebar pupuk.
Pengatur ketinggian berasal dari lower link dari tiga titik gandeng, yang dihubungkan dengan hidrolik traktor, perubahan ketinggian yang dapat dicapai ± 60 cm mengikuti disain
tiga titik gandeng yang digunakan transplanter. Bahan pengatur ketinggian tebuat dari besi hollow dengan ketebalan 3 mm dan ukuran 4 x 4 cm.
3.3.5. Pembuatan Prototipe
Kategori